Wasser als Kältemittel

3 Min. lesen - Veröffentlicht auf Dezember 16, 2020

Wasser ist eines der leistungsstärksten Kältemittel der Natur. Die Oxycom-Systeme machen von dieser einzigartigen Eigenschaft maximalen Gebrauch und verdunsten Wasser, um Kühlung zu generieren. Dafür verfügen wir über verschiedene innovative Lösungsansätze. In diesem Blog erklären wir, weshalb Wasser eine hervorragende Alternative für das ozonschädigende Kältemittel R-22 in herkömmlichen Klimaanlagen ist, und wie die Kühlung auf Wasserbasis funktioniert. Außerdem zeigen wir Statistiken zu den Nachhaltigkeitsvorteilen und den eingesparten CO2-Emissionen.

Weshalb Wasser?

Kältemittel funktionieren wie Betriebsflüssigkeiten in Klimaanlagen, Wärmepumpen und Kältesystemen, indem sie Wärme aufnehmen und abgeben, während sie in einem geschlossenen Kältekreislauf kontinuierliche Phasenübergänge zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen Zustand durchlaufen.

R-22 (ein Fluorchlorkohlenwasserstoff bzw. H-FCKW) war lange Zeit das am häufigsten verwendete Kältemittel in Klimaanlagen, wird aber heutzutage aufgrund seiner ozonschädigenden Wirkung immer mehr durch andere Mittel ersetzt. An seiner Stelle haben chlorfreie Ersatzprodukte an Beliebtheit gewonnen – vor allem Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKWs) wie beispielsweise R-410A, R-407C und R-134a.

Auch Wasser ist eines der vielen verfügbaren Kältemittel mit eigenen einzigartigen Eigenschaften und einer eigenen Kältemittelnummer (R718). Streng genommen wird auch bei der adiabaten Kühlung Wasser als Kältemittel verwendet, aber statt in einem geschlossenen System wiederholt zu verdampfen und zu kondensieren, wird es dabei kontinuierlich verdampft und ein Luftstrom wird gekühlt und befeuchtet.

Wasser eignet sich hervorragend für die Luftkühlung, da es eines der leistungsfähigsten Kältemittel der Natur ist, mit einer außergewöhnlich hohen latenten Verdampfungswärme (2501 kJ/kg bei 0 °C). Die Verdampfung von Wasser mit einer Geschwindigkeit von 1 l/h erzeugt also ganze 695 W Kühlleistung!

Konventionelle Kühltechnik

Die Dampfkompressionskühlung ist die am häufigsten verwendete Technologie für Klimatisierungs-, Wärmepumpen- und Kältesysteme, die für private, gewerbliche und industrielle Zwecke eingesetzt wird. Diese Systeme bestehen aus vier Hauptkomponenten, durch die das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf gepumpt wird:

 

  • Der Kompressor komprimiert das gasförmige Kältemittel adiabatisch und erhöht so den Druck und die Temperatur.
  • Der Kondensator lässt das gasförmige Kältemittel unter konstantem Druck in den flüssigen Zustand kondensieren und gibt dabei Wärme an die Umgebung ab.
  • Das Expansionsventil bewirkt eine Ausdehnung des flüssigen Kältemittels, wodurch Druck und Temperatur gesenkt werden.
  • Der Verdampfer lässt das flüssige Kältemittel bei konstantem Druck in den gasförmigen Zustand verdampfen, wodurch die Wärme der Umgebung absorbiert wird.

 

Adiabate Kühltechnik

Bei der adiabaten Kühlung wird ein Strom ungesättigter Luft in direkten Kontakt mit einer feuchten Oberfläche gebracht. Die Grenzschicht um die feuchte Oberfläche ist auf natürliche Weise mit Wasserdampf gesättigt. Weil ungesättigte Luft an der Grenzschicht entlang strömt, wird sich Wasserdampf in den Luftstrom verteilen - angetrieben durch einen Unterschied in der Dampfkonzentration. Der Wasserdampfgehalt in der Grenzschicht wird dann durch die adiabate Verdunstung des Wassers wieder in den natürlichen gesättigten Zustand gebracht. Die für den Phasenwechsel des Wassers erforderliche latente Wärme wird der fühlbaren Wärme des Luftstroms entzogen, was zu einer niedrigeren Lufttemperatur führt.

Die niedrigstmögliche Temperatur, die erreicht werden kann, ist die Feuchtkugeltemperatur der Luft, wobei diese in der Praxis aufgrund einer begrenzten Effizienz etwas darüber liegt. Die Sättigungseffizienz oder Feuchtkugeleffizienz wird als das Verhältnis zwischen der tatsächlich erreichten Temperaturabsenkung und der maximal möglichen Temperaturabsenkung definiert.

Herausforderungen und chancen_downloadpageLaden Sie unser Whitepaper "Herausforderungen und Chancen für nachhaltige Klimatisierung" herunter für weitere Informationen darüber, wie Sie in Ihrem Herstellungsbetrieb ein angenehmes und nachhaltiges Raumklima schaffen können.

Whitepaper herunterladen

 

Erzeugung von Strom

Bevor wir uns den Unterschied in der Energieeffizienz zwischen Verdunstungskühlung und konventioneller Kühlung ansehen, werden wir zunächst einen Blick darauf werfen, was es kostet, Energie zu erzeugen. Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffen, die Kraftwerke zur Stromerzeugung verwenden können. Im Nahen Osten und in vielen anderen Teilen der Welt nutzt man zum Beispiel Erdöl und Erdgas, wobei große Mengen CO₂ ausgestoßen werden. Auch solche Kraftwerke benötigen Wasser zur Stromerzeugung, wobei es hauptsächlich zur Kühlung verwendet wird. Ölbefeuerte Kraftwerke beispielsweise verbrauchen 2,33 Liter Wasser und emittieren 0,76 kg CO₂ pro erzeugter kWh Strom.

Adiabate Kühlung versus konventionelle Kühlung

Vergleichende Berechnungen wurden sowohl für die adiabate Kühlung als auch für die konventionelle Klimatechnik bei gleicher Kühlleistung durchgeführt. Es wurde eine adiabate Kühlung mit einer durchschnittlichen Verdampfungsgeschwindigkeit von 1 Liter Wasser pro Stunde gewählt, was einer Kühlleistung von 695 W entspricht. Es wurde davon ausgegangen, dass Strom in ölbefeuerten Kraftwerken erzeugt wird. Wasser, das für die Verwendung in adiabaten Kühlanlagen bestimmt ist, sollte vorzugsweise Trinkwasserqualität haben. Für die Entsalzung durch Umkehrosmose werden in der Regel etwa 4 kWh Strom pro m³ Wasser benötigt.

Wasser als Kältemittel Tabelle

Fazit

Allein schon was den Aspekt der sauberen Kühlung betrifft, reduziert der Einsatz der adiabaten Kühlung anstelle der herkömmlichen Dampfkompressionstechnik den Stromverbrauch und die CO₂-Emissionen um mehr als 98 %!

Die adiabate Kühltechnik benötigt von Natur aus Wasser zum Verdampfen, aber bestehende Klimasysteme mit Dampfkompression verbrauchen selbst indirekt erhebliche Wassermengen. Daher wird die zunehmende Anwendung der adiabaten Kühlung weniger Einfluss auf den globalen Wasserverbrauch haben als oft angenommen.

Entdecken Sie, wie wir Wasser als Kältemittel für unser innovatives IntrCooll-System benutzen:

Lesen Sie mehr über IntrCooll

 

Picture of Mark Hakbijl
Veröffentlicht auf Dezember 16, 2020

Mark Hakbijl

“At Oxycom’s R&D department we combine nature’s principles with state-of-the-art technology to create sustainable climate solutions.”

Zurück zu den Nachrichten

Gewinnen Sie Einblicke in die Branche und vertiefen Sie Ihr Wissen.

Erhalten Sie Updates per E-Mail